TD—LTE小站微型站(ATOM)的组网设计和应用
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【摘 要】在传统的宏站模式下，存在部分热点和盲点，进而成为了数据业务发展的瓶颈。根据3GPP在LTE/LTE-A标准中提出的宏微站型混合组网的分层异构网模式，阐述了atom BTS作为微站的优势，并给出了ATOM BTS组网的设计和基站改进步骤；然后，讨论和分析了ATOM室外打室内测试结果和ATOM室外补盲测试结果，最后指出了微站ATOM的待解决问题。
【关键词】LTE-Advanced 小站微型站 td-lte ATOM Cell
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-0033-05
1 背景
高速移动数据业务对TD-LTE网络覆盖提出了很高的要求，但受限于高频段损耗大及新增站址困难等因素，TD-LTE网络覆盖面临前所未有的挑战[1-3]。针对不同应用场景，因地制宜地引入丰富多样的TD-LTE站型可以有效解决覆盖问题。
对于无线网络，通常情况下宏站发射功率较大，用作连续覆盖；微站发射功率较小，用作补点的容量增强（补热）或覆盖补充（补盲）[4，5]。宏微站型混合组网形成分层异构网（HetNet，Heterogeneous Network）。目前在3GPP LTE/LTE-A标准化会议中也已明确了HetNet将是未来LTE网络的主要形式之一[6，7]。
LTE的高宽带刺激了数据业务的快速发展，然而部分热点和盲点成为数据业务的瓶颈[1-4]。杭州精品网2013年目标是要建成立体组网和广度深度覆盖，因此需要使用小站解决城区的弱覆盖、深度覆盖和热点补充问题，达成杭州精品网的“随时随地5M”的目标。
本文将选用ATOM BTS作为小基站进行部署。该小站点主要是在热点或盲点作为宏站覆盖的补充，如密集城区的热点或盲点场景，也可以部署多个ATOM Cell进行连续覆盖，如街道、广场等场景。ATOM站点主要竞争力体现在：
安装点少，体积小，总重量小；
外观简洁、漂亮，无走线外露，环境易融合，外观一体化有优势；
站址要求低，安装场景易融合，快速安装，快速更换；
支持有线和无线传输，灵活配置与站点融合。
2 ATOM BTS基站改进与组网设计
2.1 安装ATOM BTS
ATOM BTS的典型部署位置是地面灯杆和楼顶平台，如图1和图2所示。在这些位置，BTS、DOCK、BH设备既可以集中安装，也可以分布安装。分布安装场景，其拉远距离有一定限制，原则上不超过50m。本文选用的ATOM属于无线室外小基站ATOM V3平台系列为中移动定制的TDD 2.6G产品，机顶功率为2*5W。ATOM尺寸（高×宽×深）：250mm×200mm×115mm，重量
图1 ATOM实物示意图
图2 ATOM实物安装图
2.2 BTS配置
BTS配置步骤如下：
1）ATOM上电；
2）下载软件版本到备区；
3）以最小配置模式激活配置数据文件；
4）激活备区软件版本；
5）软件增补；
6）进行基站配置，主要包括：
基本信息：单板信息、时钟信息、RRU信息、运营商信息等；
传输层信息：本地配置信息；
无线数据信息：扇区信息、小区信息、邻区信息等。
2.3 组网设计
小站点主要是在热点或盲点作为宏站覆盖的补充，如密集城区的热点或盲点场景，也可以部署多个ATOM Cell进行连续覆盖，如街道、广场等场景。ATOM BTS支持多种传输接入，例如通过宏站或者其它小基站进行接入；支持FE/GE光、XPON、XDSL、微波、WLAN CPE、eRelay等多种有线和无线传输方式。其组网应用如图3所示：
图3 ATOM BTS的组网架构
3 测试分析
为了对ATOM BTS进行性能测试，本节首先给出测试场景配置，然后分析和讨论ATOM室外打室内测试结果以及ATOM室外补盲测试结果。地点选择在宝石山下二弄，这里酒店、休闲场所密布，且西湖边是典型业务热点，又是弱覆盖点，旅游住宿人员密集。并在相应位置选点安装ATOM，同时采用BH光纤传输。
3.1 测试场景配置
测试用例在宏微组网场景下，宏站为F频段，微站为D频段网（ATOM1频率为D1，ATOM2频率为D2）。主要测试微站室外打室内、室外补盲场景。
测试用例中，关于好、中、差点的选择如下：
好点：SNR>20dB
中点：10dB
差点：SNR
3.2 ATOM室外打室内测试
为对比有无一体化微站时不同楼层多个测试点的信号质量和吞吐量，考察微站部署后对宏站的影响，本文将对ATOM室外打室内进行对比测试。测试环境配置如下：
测试区域：室外站点覆盖室内，建筑物场景包括低矮居民楼、高层居民楼、小型酒店、底层商铺和高层写字楼。对高层场景，测试楼层至少选择3层：底层（1～2层）、中层（5～8层）和高层（>10层），根据具体选点而定。
测试点选择：测试点应选择不同楼层的多个测试点，测试样本要考察大堂口、窗口、楼道、门口等室外宏站信号容易泄漏到室内的场景，也要考察室内深度覆盖的场景（基本无宏站信号），尽量均匀分布测试点，每个楼层的测试点选择一致，利于不同楼层对比。测试点应选择至少10个以上。
测试资源：支持F/D频段的测试终端1部。
网络配置：小区空扰。
宏站SA2/SSP5，微站SA2/SSP7，带宽20M，宏站MIMO模式TM3/TM7自适应，微站配置开环自适应。
首先，关闭微站，将UE接入主测宏站，在每个测试点分别做fullbuffer的下行业务和上行业务，并保证稳定后下行业务和上行业务保持60s以上，记录PCI、RSRP、SINR、MCS、RANK、CQI、RB数、天线模式、L1和L3吞吐量打点信息。然后，微站开启，UE接入主测微站，同样在每个测试点分别做fullbuffer的下行业务和上行业务，并保证稳定后下行业务和上行业务保持60s以上，记录PCI、RSRP、SINR、MCS、RANK、CQI、RB数、天线模式、L1和L3吞吐量打点信息。最后，输出测试终端的下行L1和L3吞吐量及RSRP、RS-SINR、MCS、CQI、RB数等信息。测试结果如表1和表2所示。
由表1、表2可知，部署ATOM之后，室内覆盖情况得到明显改善，且网络容量和用户感知也得到很大提升：
ATOM激活之后测试区域RSRP平均值提升近9.74dBm，改善明显；
ATOM激活之后测试区域SINR平均值提升近8.72dB，改善明显；
ATOM激活之后测试区域下行平均吞吐量为47.81Mbps，比之前的25.95Mbps提升84.24%，改善效果非常明显；
ATOM激活之后测试区域上行平均吞吐量为7.63Mbps，比之前的4.6Mbps提升65.87%，改善效果非常明显；
通过浅、中、深度覆盖结果可以看出，ATOM对于室内覆盖效果的改善非常明显。
3.3 ATOM室外补盲测试
为了对比微站部署前后在补盲场景的覆盖性能和考察微站部署后对宏站服务范围的影响，本文将对ATOM室外补盲进行对比测试。测试环境配置如下：
测试区域：室外补盲场景，遍历区域分为两部分，一部分为微站部署后，接入微站的区域，为区域1；另一部分为微站部署后，仍接入主测宏站的区域，为区域2。测试路线应尽可能的遍历主测宏站和微站的覆盖区域。
测试资源：支持F/D频段的测试终端1部；GPS接收设备及相应的路测系统、电子地图等；测试车一部。
网络配置：小区空扰。
宏站SA2/SSP5，微站SA2/SSP7，带宽20M，宏站MIMO模式TM3/TM7自适应，微站配置开环自适应。
首先，关闭微站，将UE接入主测宏站，在区域1和区域2进行匀速移动遍历，分别做fullbuffer的下行业务和上行业务，记录PCI、RSRP、SINR、MCS、RANK、CQI、RB数、天线模式、L1和L3吞吐量打点信息。然后，打开微站，将UE以同样的路线在区域1和区域2进行匀速移动遍历，分别做fullbuffer的下行业务和上行业务，记录PCI、RSRP、SINR、MCS、RANK、CQI、RB数、天线模式、L1和L3吞吐量打点信息。最后，记录测试小区周围的站址和基站信息，包括站高、天线角、下倾角、发射功率、发射模式等，绘制RSRP、SINR、L3的上下行吞吐量随位置变化的打点图。测试结果如图4、图5和表3所示：
图4 微站激活RSRP覆盖图
图5 微站去激活RSRP覆盖图
表3 ATOM单用户吞吐量测试结果对比
指标 PDCP层平均下载速率/Mbps PDCP层平均上传速率/Mbps RSRP平均值/dBm SINR平均值/dB
ATOM去激活 34.81 5.42 -93.59 13.85
ATOM激活 61.86 7.84 -73.35 25.5
提升 77.71% 44.65% 20.24 11.65
通过测试区域拉网数据可以看出，激活ATOM站点之后：
测试区域下行平均吞吐量提升77.71%，改善效果非常好；
测试区域上行平均吞吐量提升44.65%，改善效果非常好；
测试区域RSRP提升20dBm左右，SINR提升11dB左右，整体改善明显；
部署ATOM之后，室外道路覆盖情况得到明显改善，且网络容量和用户感知也得到很大提升。
4 总结
LTE的高宽带刺激了数据业务的快速发展，然而部分热点和盲点成为数据业务的瓶颈。杭州精品网2013年目标是要建成立体组网和广度深度覆盖，因此需要使用小站解决城区的弱覆盖、深度覆盖和热点补充问题，达成杭州精品网的“随时随地5M”的目标。但是小站ATOM技术在LTE中是个新技术，它仍然会面临很多挑战，还有很多问题值得进一步研究。例如有以下两方面[1，2，5]：
（1）深度覆盖需求强烈：70%～80%的移动数据业务发生在室内，室外宏站穿透覆盖室内的方案存在室内覆盖欠佳、吸收话务比例不高的情况，须解决深度覆盖问题。
（2）移动数据业务质量要求高：为保证用户的高速移动数据业务体验，必须提供良好的连续覆盖。
参考文献：
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[4] 许灵军，邓伟，程广辉，等. TD-LTE基站产品规划研究[J]. 电信科学， 2010（9）： 136-142.
[5] 许灵军，程广辉. 引入多样化站型为TD-LTE量身配站[N]. 通信产业报， 2011-11-21.
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[7] 充分利用小灵通站点资源 助推中国电信LTE建设[J]. 通信世界， 2013（25）.